JP2002081335A

JP2002081335A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002081335A
Application number: JP2000270003A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2002-03-22
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: JP4244510B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃費の悪化を招くことなく、加速運転条件に
おいてもＮＯｘ排出量低減とＣＯ₂排出量の低減を両立
させる。【解決手段】ＮＯｘ総排出量と走行距離との関係によ
り加速運転時でのリーン運転を可能にすると共に、ＮＯ
ｘ総排出量と走行距離との関係が所定の関係より総排出
量増加側になると、加速運転時のリーン空燃比での運転
領域を狭くし、ＮＯｘ総排出量を効率よく抑制する同時
に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＮＯｘの還元浄化
機会を増やしてＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復させ、燃
費の向上とＮＯｘ総排出量の管理を効率的に両立させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路に吸蔵型
ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関をリーン空燃比で運転し
て燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用
化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃
比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問
題があり、最近では、例えば、リーン空燃比で運転中に
排ガス中のＮＯｘを吸蔵または吸着（以下、単に吸蔵と
称する。）し、理論空燃比（ストイキ）またはリッチ空
燃比で運転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型
ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化触媒装置が採用されてきて
いる。

【０００３】この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素
の過剰状態で排ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ₃）
として付着させて吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを主として一
酸化炭素（ＣＯ）の過剰状態で放出して窒素（Ｎ₂）に
還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ₃が生成され
る）を有した触媒である。従って、実際には、リーン空
燃比運転が所定時間継続すると、燃焼室内の空燃比の切
換えあるいは排気管への還元剤の供給等により排気空燃
比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するようなリ
ッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイ
クという）、これによって酸素濃度低下雰囲気でＣＯの
多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯｘを放出して浄
化還元（ＮＯｘパージ）することで吸蔵型ＮＯｘ触媒の
再生を図ることができる。このような技術は、例えば、
特許第２５８６７３８号公報等に開示されている。

【０００４】ところで、このような吸蔵型ＮＯｘ触媒で
は、触媒上に吸蔵できるＮＯｘ量に限界があり、吸蔵型
ＮＯｘ触媒が吸蔵したＮＯｘ量が限界量に達すると、前
述したように、リッチスパイクを実施し、所定のリッチ
空燃比の下で所定時間に亘りリッチ空燃比運転が実施さ
れる。

【０００５】ところが、この吸蔵型ＮＯｘ触媒における
ＮＯｘの吸蔵量が限界に達してリッチスパイクが必要と
なる時点は、吸蔵型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化効率の劣化
度合やＮＯｘ及びＣＯの流量に影響する内燃機関の運転
条件等によって変化する。このような吸蔵型ＮＯｘ触媒
が吸蔵したＮＯｘ量が限界に達したことを検出して再生
するものとして、例えば、特開平７−１６６８５１号公
報に開示されたものがある。

【０００６】この公報に開示された「排気浄化装置」
は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸収剤を配置すると共
に、このＮＯｘ吸収剤の下流側にＮＯｘセンサを配置
し、このＮＯｘセンサが検出した検出値（ＮＯｘ成分の
濃度）が判定値を越えたときに、排気空燃比をリッチ空
燃比として触媒上からＮＯｘを放出する再生制御（ＮＯ
ｘパージ）を実行するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、世界各国の
ＮＯｘ排出規制による規制値は、例えば、所定走行距離
に対する総ＮＯｘ排出量となっている。前述した従来の
「排気浄化装置」では、それぞれのリーン運転区間とい
うある短い期間でＮＯｘ成分の濃度を検出して再生制御
を実行しているため、運転者の運転の仕方により、判定
値の設定に余裕が少ない場合には、所定走行距離ごとで
みた際に必ずしも所望のＮＯｘ排出量、例えば、規制値
を確実にクリアすることができなくなる虞がある。

【０００８】つまり、上述した「排気浄化装置」にあっ
ては、運転中には所定走行距離に対する総ＮＯｘ排出量
が所望の値、例えば、規制値を越えていないかどうかを
把握していないので、様々な運転が行われた場合でも所
定走行距離での総ＮＯｘ排出量が所定値以下となるよう
にするため、再生制御（ＮＯｘパージ）開始のための上
記判定値を予め余裕を十分もって低く設定しておく必要
がある。このように判定値を設定することにより、空燃
比をリッチまたはストイキとする再生制御（ＮＯｘパー
ジ）の頻度が余裕を十分にもたせた分増加してしまい、
燃費が悪化する。即ち、ＣＯ₂の排出量が増大してしま
ういう問題が発生する。

【０００９】なお、所定走行距離当たりのＮＯｘ排出量
を所定値内に制御するものとして、例えば、特許第２５
０３３８７号公報に開示されたものがあるが、この公報
に開示された「電子式内燃機関制御装置」は、ストイキ
運転領域でのみ、点火時期やＥＧＲ量を制御してＮＯｘ
排出量を制御するものであるから、上述したようなリー
ン空燃比で運転する希薄燃焼内燃機関に適用すると、空
燃比を常時ストイキ運転領域にしなくてはならず、燃費
の向上を図ることができない。

【００１０】吸蔵型ＮＯｘ触媒を備えた希薄燃焼内燃機
関では、燃費の向上と排気性能の向上との両立が求めら
れている。例えば、加速時の運転領域でもリーン空燃比
とすることが考えられるが、リーン空燃比の領域を増や
すとＮＯｘ排出量が増加して排気性能が悪化する虞があ
る。

【００１１】このように、吸蔵型ＮＯｘ触媒を備えた希
薄燃焼内燃機関では、燃費の向上と排気性能の向上とを
総合的に管理して両立させることが重要である。

【００１２】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、燃費の悪化を招くことなく、加速運転条件において
も大気中に放出されるＮＯｘ排出量を直接管理すること
により確実に所望のＮＯｘ排出量に抑え、ＮＯｘ排出量
低減とＣＯ₂排出量の低減を両立することのできる内燃
機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１に係る内燃機関の排気浄化装置は、
排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘ
を吸蔵すると共に排気空燃比が理論空燃比またはリッチ
空燃比のときに前記吸蔵したＮＯｘを還元浄化する排気
浄化装置と、ＮＯｘ総排出量を算出しＮＯｘ総排出量と
車両の走行期間との関係により機関加速運転時のリーン
空燃比での運転を許可する制御手段とを備え、ＮＯｘ総
排出量と車両の走行期間との関係により総排出量に余裕
があるときには加速運転時であってもリーン空燃比での
運転を許可し、燃費の向上とＮＯｘ総排出量の管理とを
両立させる。

【００１４】また、本発明の請求項２に係る内燃機関の
排気浄化装置は、制御手段に、ＮＯｘ総排出量と車両の
走行期間との関係が所定の関係より総排出量増加側にな
ると機関加速運転時におけるリーン空燃比での運転領域
を狭くする機能を備え、ＮＯｘ総排出量を効率よく抑制
するとと同時にＮＯｘの還元機会を増やしてＮＯｘ吸蔵
性能を効率よく回復させる。

【００１５】また、本発明の請求項３に係る内燃機関の
排気浄化装置は、制御手段に、車両が所定走行期間に達
する前にＮＯｘ総排出量が所定量を越えることが導出さ
れる場合は加速運転時以外でも全ての領域でリーン空燃
比での運転を中止または抑制する機能を備え、所定走行
期間内におけるＮＯｘ総排出量を確実に所定値内に抑制
する。

【００１６】そして、車両の走行期間は、走行距離を適
用することが好ましく、ＮＯｘ総排出量は、大気中に放
出される排気のＮＯｘ濃度（検出値または推定値）に基
づいて算出することが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に
係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図２乃至図６
には本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フロー
チャート、図７には走行距離とＮＯｘ総排出量とに基づ
くリーンゾーンマップ、図８にはエンジン回転速度と目
標平均有効圧とに基づくリーンゾーンマップ、図９には
走行距離に対する要求出力及び空燃比モード及びＮＯｘ
総排出量の関係を表すタイムチャート、図１０にはＮＯ
ｘパージのタイムチャートを示してある。

【００１８】本実施形態例の内燃機関（以下、エンジン
と称する）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）
を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴
射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射
モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒
ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエ
ンジンは、容易にして理論空燃比（ストイキ）での運転
やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リ
ーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能と
なっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空
燃比での運転が可能となっている。

【００１９】本実施形態例において、図１に示すよう
に、エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎
に点火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付
けられており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５
内に燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁
１４には、図示しない燃料パイプを介して燃料供給装置
（燃料ポンプ）が接続されており、燃料タンク内の燃料
が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射弁１４から燃
焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射する。この際、燃
料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁１４の
開弁時間（燃料噴射時間）とから決定される。

【００２０】シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直
立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと
連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれ
ぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の
他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロ
ットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７
にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１
８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、
各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、
各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１
９の一端がそれぞれ接続されている。

【００２１】そして、エンジン１１には、クランク角を
検出するクランク角センサ２０が設けられており、この
クランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可
能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１
１は既に公知のものであり、その構成の詳細については
ここでは説明を省略する。

【００２２】また、エンジン１１の排気マニホールド１
９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この
排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒
２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフ
ラーが接続されている。そして、この排気管２１におけ
る三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分に
は、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５のに直上流に位置して排気温度を検
出する高温センサ２４が設けられている。

【００２３】この排気浄化触媒装置２３は、排気空燃比
がリーン空燃比のときに排気ガス中にＮＯｘを吸蔵する
ＮＯｘ低減機能と、排気空燃比が理論空燃比近傍のとき
に排気ガス中の有害物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化
する酸化還元機能とをもたせるために、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成され
ており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５より
も下流側に配設されている。

【００２４】この三元触媒２６は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
から吸蔵されたＮＯｘが放出された際に吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５自身で還元しきれなかったＮＯｘを還元する役目
も行っている。なお、排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型
ＮＯｘ触媒２５がＮＯｘを還元し、ＨＣとＣＯを酸化す
る三元触媒の機能（ここでは、三元機能と称する。）を
十分有している場合には、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５だ
けとした吸蔵型ＮＯｘ触媒と三元触媒の一体型であって
もよい。

【００２５】この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸化雰囲気
においてＮＯｘを一旦吸蔵させ（ＮＯｘ低減機能）、主
としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘを放
出してＮ₂（窒素）等に還元させる還元機能を持つもの
である。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、貴金属と
して白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒と
して構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）
等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されてい
る。そして、排気浄化触媒装置２３の下流側にはＮＯｘ
濃度を検出するＮＯｘセンサ２７が設けられている。

【００２６】更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を有する制御手段としてのＥＣＵ（電
子コントロールユニット）２８が設けられており、この
ＥＣＵ２８によりエンジン１１を含めた本実施形態の排
気浄化装置の総合的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２
８の入力側には、上述した高温センサ２４やＮＯｘセン
サ２７等の各種センサ類が接続されており、これらセン
サ類からの検出情報が入力する。

【００２７】一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コイ
ルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４等
が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１４
等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算され
た燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力され
る。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が適
正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって適
正なタイミングで点火が実施される。

【００２８】実際に、ＥＣＵ２８では、図示しないアク
セル開度センサからのアクセル開度情報とクランク角セ
ンサ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいて
エンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有
効圧Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平
均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマ
ップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するように
されている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回
転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは
圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射さ
れ、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいは
エンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは
吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射され
る。

【００２９】そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回
転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆ
に基づいて決定される。また、高温センサ２４により検
出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定され
る。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する
誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン
回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等
により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義
に推定されるようにされている。

【００３０】以下、このように構成された本実施形態の
内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。

【００３１】排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時の
ような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘが硝酸塩
として吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃
度が低下した雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵
した硝酸塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成さ
れると共にＮＯｘが放出される。従って、吸蔵型ＮＯｘ
触媒２５へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化
あるいは追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下
させてＣＯを供給し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘ
を放出させて機能を維持する。

【００３２】本実施形態例では、車両の走行距離に相関
するパラメータ値としての車速センサからの信号をもと
に車両の走行距離を検出する一方、ＮＯｘセンサ２７が
吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から放出されるＮＯｘ濃度を検出
し、ＥＣＵ２８がこのＮＯｘセンサ２７の出力に基づい
て大気中に放出され得るＮＯｘ総排出量を演算し、更
に、このＥＣＵ２８が所定の走行距離に達する前に、Ｎ
Ｏｘ総排出量が所定値を越えた場合に排気空燃比を理論
空燃比またはリッチ空燃比に変更することで、吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２５からＮＯｘを放出及び還元浄化する（ＮＯ
ｘパージ）と共に、それ以降のＮＯｘ排出量を抑えるよ
うにしている。

【００３３】そして、本実施形態例の内燃機関の排気浄
化装置では、ＮＯｘ総排出量を算出し、ＮＯｘ総排出量
と車両の走行期間としての走行距離の関係により、要求
出力に対してＮＯｘ総排出量及び走行距離に余裕が有る
場合にはエンジン１１の加速運転時であってもＮＯｘが
吸蔵可能な状態であればリーン空燃比での運転が行える
ようにしたものである。そして、ＮＯｘ総排出量が増加
側の状態になると、エンジン１１の加速運転時における
リーン空燃比での運転領域を狭くして、ＮＯｘ総排出量
を効率よく抑制すると同時に吸蔵されたＮＯｘの還元浄
化機会を増やしてＮＯｘ吸蔵性能を効率よく回復させる
と共に、ＮＯｘの排出を抑制するようにしたものであ
る。更に、車両が所定走行距離に達する前にＮＯｘ総排
出量が所定値を越えることが導出された場合、全ての運
転領域でリーン空燃比での運転を制限して、所定走行距
離内ではＮＯｘ総排出量を確実に所定値内に抑制するよ
うにしたものである。

【００３４】ここで、このＮＯｘ排出量制御について、
図２乃至図６のフローチャートに基づいて説明する。

【００３５】図２に示すように、ステップＳ１で運転領
域が認識される。即ち、ステップＳ１では加速ストイキ
判定及び定常リーン判定が実施され、加速運転か定常運
転かが認識される。加速運転か定常運転かが認識された
後、ステップＳ２で許容破過検査による空燃比モード
（Ａ／Ｆモード）判定が実施される（詳細は図４に基づ
いて後述する）。リーン運転が連続し、ＮＯｘ排出量が
大きく悪化した場合、即ち、許容破過後において（強
制）ＮＯｘパージを行うようになっているため、ステッ
プＳ２では、許容破過検査によるＡ／Ｆモード判定（リ
ーン禁止もしくは許可の判定）が実施される。

【００３６】許容破過検査によるＡ／Ｆモード判定の
後、ステップＳ３で排出量検査によるＡ／Ｆモード判定
が実施される（詳細は図５に基づいて後述する）。エン
ジン１１に対する要求出力に応じてＡ／Ｆモード判定
（ストイキ運転もしくはリーン運転、またはリーン運転
以外もしくはリーン運転）が実施される。この判定にお
いて、加速運転時であってもストイキ運転（リッチ運転
含む）が禁止されてリーン運転が実施可能（リーン空燃
比での運転を許可）となっている。従って、加速運転時
でもリーン空燃比の運転が実施可能となるため、燃費が
向上する。

【００３７】ステップＳ４でリーン運転（Ｗ／リーン）
からリーン運転以外（Ｗ／Ｏリーン）に切り替わったか
否かが判断され、リーン運転以外に切り換わったと判断
された場合、ステップＳ５でリーン継続時間が判定値Ｔ
１を越えているか否かが判断される。ステップＳ５でリ
ーン継続時間が判定値Ｔ１を越えていると判断された場
合、ステップＳ６でＮＯｘパージが開始される（詳細は
図６に基づいて後述する）。

【００３８】ＮＯｘパージの後ステップＳ７でリーン継
続時間がリセットされる。ステップＳ５でリーン継続時
間が判定値Ｔ１以下であると判断された場合、ステップ
Ｓ７でリーン継続時間がリセットされる。リーン継続時
間の判定値Ｔ１は、例えば、５秒程度の短時間に設定さ
れ、リーン運転からリーン運転以外に切り換わる度にＮ
Ｏｘパージが即座に必要以上に頻繁に実施されることを
防止している。ステップＳ４でリーン運転以外に切り換
わっていないと判断された場合、もしくは、ステップＳ
７でリーン継続時間がリセットされた後、リターンとな
る。

【００３９】本実施形態例では、リーン運転時における
ＮＯｘ排出量及び走行距離が、図３に示すように、サブ
ルーチンによる制御により検出されている。ＮＯｘ排出
量及び走行距離の検出を説明する。

【００４０】図３に示すように、ステップＳ１１でリー
ン開始後経過時間が所定値ｔを越えているか否かが判断
される。ＮＯｘセンサ２７の出力は、ストイキ運転また
はリッチ運転からリーン運転への切り換え直後は出力が
安定しない場合があるので、リーン運転が開始してから
所定値ｔの間はＮＯｘセンサ２７の出力を見ずにマスク
した状態とする。このため、ステップＳ１１でリーン開
始後経過時間が所定値ｔを越えていない場合、ステップ
Ｓ１２でＮＯｘセンサ２７の出力をＭ１とし、ＮＯｘセ
ンサ２７の出力が安定するまでのＮＯｘ値を仮の値のＭ
１とする。

【００４１】Ｍ１の値の設定方法としては、リーン切り
換え直後はＮＯｘは全て吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵さ
れほとんどＮＯｘが排出されないとして０としてもよ
い。また、リーン運転開始後ｔ経過時点でのＮＯｘセン
サ２７の出力Ｎｔを基に、ｔ間のＮＯｘセンサ２７の排
出量をＮｔ×ｔ×１／２（リーン開始からｔ経過時まで
直線的にＮＯｘが増加すると仮定）として求めたり、出
力Ｎｔを基に、ｔ間のＮＯｘセンサ２７の排出量をＮｔ
×ｔ×１／３（リーン開始からｔ経過時まで凸状のカー
ブを描いてＮＯｘが増加すると仮定）として求めること
ができる。

【００４２】ステップＳ１１でリーン開始後経過時間が
所定値ｔを越えていると判断された場合、もしくは、ス
テップＳ１２でＮＯｘセンサ２７の出力をＭ１とした
後、ステップＳ１３に移行してＮＯｘ排出値を演算す
る。ＮＯｘ排出値は、下式（１）によって演算すること
ができる。ＮＯｘ排出値＝ＮＯｘセンサ２７出力×吸入空気量×係数×計算周期・・（１）ただし、係数は単位を合わせるためのものである。そし
て、ステップＳ１３でＮＯｘ排出値を演算した後、ステ
ップＳ１４でＮＯｘ総排出量を演算する。ＮＯｘ総排出
量は、下式（２）によって演算することができる。ＮＯｘ総排出量＝前回のＮＯｘ総排出量＋ＮＯｘ排出値・・（２）更に、ステップＳ１５で走行距離を演算する。走行距離
は、下式（３）で演算することができる。走行距離＝前回の走行距離＋車速×計算周期・・（３）

【００４３】ＮＯｘセンサ２７の出力はＮＯｘ濃度（ｐ
ｐｍ）であるため、濃度から排出量を演算する際に、こ
こでは排気量を代表するものとして吸入空気量との積と
している。吸入空気量は、予め設定されたエンジン１１
の負荷・回転数マップにより設定してもよいし、排気流
量を直接求めてもよい。

【００４４】（２）式及び（３）式で求めたＮＯｘ総排
出量及び走行距離により、加速ストイキ許可ラインマッ
プＰＳ１（後述する）が設定され、要求出力をそのとき
どきのリーンゾーンマップ（後述する）のＰＳ１の値と
比較してストイキ運転またはリーン運転（リーン運転以
外またはリーン運転）を決定する。

【００４５】走行距離を演算した後、ステップＳ１６で
走行距離が管理走行距離Ｌ１に到達したか否かが判断さ
れ、管理走行距離Ｌ１に到達したと判断された場合、ス
テップＳ１７で走行距離及びＮＯｘ総排出量を０として
（リセット）して再度演算を繰り返す（リターン）。ス
テップＳ１６で管理走行距離Ｌ１に到達していないと判
断された場合、そのままリターンとなる。

【００４６】加速ストイキ許可ラインマップＰＳ１につ
いて図７に基づいて説明する。加速ストイキ許可ライン
マップＰＳ１は、加速時におけるリーン運転上限出力ラ
インを設定するものである。

【００４７】図７に示すように、加速ストイキ許可ライ
ンマップＰＳ１は、横軸を走行距離として縦軸をＮＯｘ
総排出量とした領域を複数に区画したものであり、ここ
では管理走行距離Ｌ１でＮＯｘ総排出量が所定量となる
点を通るラインの下側をＰＳ１＝Ａとしている。ＰＳ１
＝Ａのゾーンでは、ＮＯｘ排出量の増加ペースがこのペ
ース以下であれば、管理走行距離Ｌ１時点でのＮＯｘ総
排出量が所定量を越えないというラインである。そし
て、ここではＡと略平行な複数のラインによって区画
し、且つ、ＮＯｘ総排出量が所定量より下の領域をそれ
ぞれＰＳ１＝Ｂ，Ｃ，Ｄ領域とし、ＮＯｘ総排出量＝所
定量（管理ＮＯｘ排出量）のラインの外側（上側）をＰ
Ｓ１＝Ｅ領域としている。従って、現時点の走行距離と
ＮＯｘ総排出量の交点が加速ストイキ許可ラインマップ
ＰＳ１のどの領域にあるかで加速時におけるリーン運転
上限出力ラインが設定される。

【００４８】尚、走行距離が短い部分については、ＮＯ
ｘ総排出量の所定量まで余裕があるので、リーン頻度を
増やすためにＮＯｘ総排出量が大の側へラインを上げる
ことも可能である。管理走行距離Ｌ１は、例えば１ｋｍ
あるいは排ガスモード走行距離とすることができる。Ｎ
Ｏｘ総排出量の所定量は、管理走行距離Ｌ１を１ｋｍと
した場合は、１ｋｍあたりでの排ガスモード規制値にす
ればよく、管理走行距離Ｌ１を排ガスモード走行距離と
した場合は、１ｋｍあたりでの排ガスモード規制値に排
ガスモード走行距離を乗じた値とすればよい。また、Ｎ
Ｏｘ総排出量の所定量は、前述の値に余裕率を乗じた値
としてもよい。

【００４９】リーンゾーンマップについて図８に基づい
て説明する。リーンゾーンマップは現在の要求出力に対
して加速運転時リーンを許可するか否かを判定するもの
である。

【００５０】図８に示すように、リーンゾーンマップ
は、横軸をエンジン回転速度Ｎｅとして縦軸を目標平均
有効圧Ｐｅとした領域をエンジン出力が等しくなる点を
結んだ複数の等出力線（Ａ〜Ｄ）で区画したものであ
り、各線の内側が加速ストイキ（リッチ含む）禁止領域
（加速リーン運転許可領域）であり、外側がＷ／Ｏリー
ン（ストイキまたはリッチ）での加速運転許可領域であ
る。そして、リーンゾーンマップと図７のＰＳ１とを参
照することで加速ストイキ運転可否（加速リーン許可）
を判定する。Ａ〜Ｄのラインは、等エンジンアウトＮＯ
ｘ量線、等テールパイプＮＯｘ量線としてもよい。この
場合は、加速ストイキ運転可否の判定を、エンジンアウ
トＮＯｘ量（エンジン回転速度Ｎｅと目標平均有効圧Ｐ
ｅのマップ値とＰＳ１の比較、あるいは、テールパイプ
ＮＯｘ排出量（ＮＯｘセンサ２７出力値）とＰＳ１との
比較とすればよい。尚、等出力線の数はＡ〜Ｄよりも多
くしても少なくしてもよい。

【００５１】リーンゾーンマップにて、例えば、初期の
加速ストイキ許可ゾーンを示す一番外側のラインＡは、
燃費は気にせずに燃焼面等から最大限リーン運転域を広
くできるように設定している。そうすることで、高負荷
域もリーン運転域となり、高加速時もリーン運転が可能
となる。実際の運転においては、定常運転（一般にはリ
ーン運転）は少なく、過渡運転（一般には加速運転時は
ストイキもしくはリッチ運転）の頻度が高いため、結果
としてリーン頻度が向上し燃費向上につながる。これに
よって、一般的な運転の範囲においては、オールリーン
運転も可能となり、燃費が大きく向上する。リーンゾー
ンマップにおいて、ＰＳ１がＡからＤに変化するにつれ
てリーン運転領域は狭くなり、ＰＳ１がＤの時は全域で
加速リーン運転が禁止される。また、ＰＳ１がＥの時は
定常運転時など加速運転以外を含む全域で全てのリーン
運転が禁止される。

【００５２】図７に示した加速ストイキ許可ラインマッ
プＰＳ１及び図８に示したリーンゾーンマップにより、
現在の車両の状態において加速ストイキ許可ラインマッ
プからＰＳ１を求め、要求出力とＰＳ１をリーンゾーン
マップで比較して現在の車両の状態で加速ストイキを許
可するか加速ストイキを禁止、即ち、加速リーンを許可
するかを判断し、加速リーン運転を実施する。

【００５３】従って、加速運転時にリーン運転が許可さ
れて燃費が向上すると共に、ＮＯｘ総排出量と走行距離
との関係が所定の関係より総排出量増加側になると、加
速運転時のリーン空燃比での運転領域を狭くしているの
で、ＮＯｘ総排出量を効率よく抑制できると同時に吸蔵
型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＮＯｘの還元浄化機会を
増やしてＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復させることがで
き、燃費の向上とＮＯｘ総排出量の管理を効率的に両立
させることができる。また、ＰＳ１がＥの時（管理走行
距離Ｌ１が所定量を越える時）は加速運転以外も含む全
域で全てのリーン運転を禁止するので、所定期間である
管理走行距離Ｌ１までの間のＮＯｘ総排出量を管理ＮＯ
ｘ総排出量である所定量未満に確実に抑制することがで
きる。

【００５４】図４に基づいてステップＳ２における許容
破過検査を説明する。

【００５５】図４に示すように、ステップＳ２１でリー
ン継続時間が所定値Ｔ２を越えているか否かが判断さ
れ、所定値Ｔ２を越えていると判断された場合、ステッ
プＳ２２でリーンが禁止される。所定値Ｔ２は、前述し
た判定値Ｔ１よりも大きな値であり、例えば、３０秒に
設定される。ステップＳ２１でリーン継続時間が所定値
Ｔ２を越えていないと判断された場合、ステップＳ２３
でＮＯｘ平均濃度が所定値Ｍ２以上か否かが判断され
る。ステップＳ２３でＮＯｘ平均濃度が所定値Ｍ２を下
回っていると判断された場合、ステップＳ２４でリーン
が許可され、ステップＳ２３でＮＯｘ平均濃度が所定値
Ｍ２以上であると判断された場合、ステップＳ２２に移
行してリーンが禁止される。

【００５６】ＮＯｘ平均濃度は、ＮＯｘセンサ２７の所
定値Ｔ２間の平均値とされている。ＮＯｘ平均濃度は、
所定値Ｔ２が経過した時点での瞬時値でもよい。所定値
Ｍ２は、エンジン回転速度Ｎｅと目標平均有効圧Ｐｅの
マップにより予め設定されている。所定値Ｍ２の設定方
法としては、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の浄化効率を、例え
ば５０％確保するようにＮＯｘパージすることを考える
場合には、エンジンアウトＮＯｘ濃度に０．５を乗じた
値とすればよい。また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からのＮ
Ｏｘの破過を許容しない場合には所定値Ｍ２を０に近い
値に設定すればよく、この場合は、所定値Ｍ２をマップ
としなくてもよい。

【００５７】つまり、リーン運転が所定値Ｔ２を越えて
継続する場合、即ち、ＮＯｘ排出量が大きく悪化すると
推定されると共に、リーン運転の継続により触媒温度が
低下しＨＣ浄化効率が悪化すると推定される場合には、
リーン運転を禁止して強制的にＮＯｘパージを行う。所
定のリーン継続時間（所定値Ｔ２までの間）のＮＯｘ平
均濃度が所定値Ｍ２以上の場合、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
がこれ以上ＮＯｘを吸蔵できずにＮＯｘが漏れだしてい
るＮＯｘ破過状態と判定し、許容破過後としてリーン運
転を禁止してＮＯｘパージ制御を行う。

【００５８】図５に基づいてステップＳ３における排出
量検査を説明する。

【００５９】図５に示すように、ステップＳ３１で要求
出力を下式（４）により演算する。要求出力＝目標平均有効圧Ｐｅ×エンジン回転速度Ｎｅ×係数・・（４）要求出力が演算された後、ステップＳ３２で要求出力が
ＰＳ１を越えているか否かが判断される。つまり、図７
に示した加速ストイキ許可ラインマップから求められる
ＰＳ１（＝Ａ〜Ｅ）に対応する図８中の出力ラインと要
求出力とを比較して、要求出力がＰＳ１対応出力を越え
ているか否かが判断される。例えば、走行距離とＮＯｘ
総排出量との関係から、図７に示した加速ストイキ許可
ラインマップＰＳ１からＰＳ１＝Ｂとされた時、要求出
力が図８のラインＢの内側か外側かが判断される。

【００６０】ステップＳ３２で要求出力がＰＳ１を越え
ていると判断された場合、要求出力が図８のラインの外
側であるので、ステップＳ３３で加速ストイキ（リッチ
を含む）が許可され、要求出力がＰＳ１以下であると判
断された場合、要求出力が図８のラインの内側であるの
で、ステップＳ３４で加速ストイキ（リッチを含む）が
禁止、即ち、加速リーンが許可される。つまり、加速運
転時にリーン運転が可能となり、燃費向上を図ることが
可能になる。次に、ステップＳ３５でＰＳ１＝Ｅか否か
が判断され、ＰＳ１＝Ｅであると判断された場合、加速
運転時のみならず定常運転を含む全域でリーン運転が禁
止されリータンとなり、ＰＳ１＝Ｅではないと判断され
た場合そのままリターンとなる。

【００６１】排出量検査では、要求出力をそのときどき
のリーンゾーンマップのＰＳ１（ＰＳ１の値は加速スト
イキ許可ラインマップＰＳ１から求める）と比較して、
ストイキ運転またはリーン運転（Ｗ／Ｏリーン運転また
はＷ／リーン運転）を決定する。ＮＯｘ総排出量が加速
ストイキ許可ラインマップにおいて所定量に達した場合
は、ＰＳ１＝Ｅとして全域加速リーンを禁止すると共に
定常リーンも禁止して全域リーン禁止とする。Ｗ／リー
ン運転からＷ／Ｏリーン運転に切り換わるときにはＮＯ
ｘパージ制御を行うようにしてもよい。尚、触媒の特性
によっては、切り換え時にＮＯｘパージ制御は行わず
に、Ｗ／Ｏリーン運転（ストイキ運転もしくはリッチ運
転）を行うだけでもよい。

【００６２】図９に示すように、ＮＯｘ総排出量がＡゾ
ーンの上限に至るまでは（走行距離Ｌａまで）、ＰＳ１
＝Ａを越えた要求出力に対してのみ加速時ストイキ運転
が許可されてＡ／Ｆモードがストイキとなり（ｄ部
分）、それ以外（ａ，ｂ，ｃ部分）は加速ストイキが禁
止されて加速リーンとなる。ＮＯｘ総排出量がＢゾーン
の上限に至るまでは（走行距離Ｌｂまで）、ＰＳ１＝Ｂ
を越えた要求出力に対して加速ストイキが許可されてＡ
／Ｆモードがストイキとなり（図示例には該当なし）、
それ以外（ｂ部分）は加速ストイキが禁止されて加速リ
ーンとなる。ＮＯｘ総排出量がＣゾーンの上限に至るま
では（走行距離Ｌｃまで）、ＰＳ１＝Ｃを越えた要求出
力に対して加速ストイキが許可されてＡ／Ｆモードがス
トイキとなり（ｃ，ｄ部分）、それ以外（ａ部分）は加
速ストイキが禁止されて加速リーンとなる。

【００６３】要求出力がｂの場合、走行距離Ｌｂまでは
加速ストイキが禁止されて加速リーンとなるが、走行距
離Ｌｂを越えると同じ要求出力ｂの場合でも加速ストイ
キが許可されてＡ／Ｆモードがストイキとなる。ＮＯｘ
総排出量がＣゾーンの上限を越えて所定量に至るまでは
（走行距離Ｌｄまで）、ＰＳ１＝Ｄを越えた要求出力に
対して加速ストイキが許可されてＡ／Ｆモードがストイ
キとなる（ｂ，ｃ部分）。更に、ＮＯｘ総排出量が所定
値に至ると、管理走行距離Ｌ１までの間はＰＳ１＝Ｅと
して全域リーン禁止としてＡ／Ｆモードが全域でストイ
キとなり、走行距離及びＮＯｘ総排出量がリセットされ
る（ステップＳ１７参照）。

【００６４】図６に基づいてステップＳ６におけるＮＯ
ｘパージを説明する。ＮＯｘパージは、ＮＯｘ放出制御
としてリーン運転からリッチ運転へ空燃比Ａ／Ｆを切り
換える制御である。

【００６５】図６に示すように、ステップＳ６１でリッ
チパージが未完了でかつＮＯｘパージが未完了であるこ
とが確認される。ステップＳ６２でリッチパージが完了
したか否かが判断され、最初は完了していないので、ス
テップＳ６３に移行してリッチ継続時間がｔ１を越えた
か否かが判断される。ｔ１は、吸蔵パラメータ及びＳＶ
（ＳｐａｃｅＶｅｌｏｃｉｔｙ：空間速度＝ガス流量
／触媒容量）の関数により設定される。

【００６６】吸蔵パラメータは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
に吸蔵されているＮＯｘ量に相関する値であり、ＮＯｘ
センサ２７の出力から求めることができる。例えば、吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５の上下流のＮＯｘ量の差から吸蔵さ
れているＮＯｘ量を算出する。この場合、吸蔵型ＮＯｘ
触媒２５の上流のＮＯｘ量はエンジン回転速度Ｎｅと目
標平均有効圧Ｐｅに対するマップで求めたり、新たなＮ
Ｏｘセンサを設置してもよい（特開平７−１６６８５１
号公報参照）。また、吸蔵パラメータを単に、エンジン
回転速度Ｎｅと目標平均有効圧Ｐｅに対するマップで求
めてもよく、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されているＮ
Ｏｘ量が多いほどリッチ継続時間またはストイキ継続時
間が長くなるように設定される。

【００６７】パージされるＮＯｘ量はＣＯ量の影響を大
きく受けるため、ＳＶは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に供給
されるＣＯ量を代表するものとして用いられる。発生す
るＣＯ量は空燃比Ａ／Ｆの影響も受けるので、リッチパ
ージ時の空燃比Ａ／Ｆを運転条件等により可変とする場
合には、ＳＶの他に空燃比Ａ／Ｆもリッチ継続時間の関
数に加えるのが好ましい。

【００６８】ステップＳ６３では、最初はリッチ継続時
間がｔ１を越えていないと判断されるため、ステップＳ
６４でリッチパージが実行され吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に
流入する排気の空燃比をストイキよりリッチな所定の空
燃比に制御する。リッチパージは、エンジン回転速度Ｎ
ｅと目標平均有効圧Ｐｅに対するマップにより空燃比Ａ
／Ｆを制御したり、エンジン回転速度Ｎｅと目標平均有
効圧Ｐｅに対するマップによりスロットル開度を制御し
たり、エンジン回転速度Ｎｅと通電状況に対するマップ
により点火時期を制御することが実施される。ステップ
Ｓ６４でリッチパージが開始された後、ステップＳ６５
で目標空燃比Ａ／Ｆ（目標Ａ／Ｆ）がパルス噴射開始空
燃比ＡＦ１より小さいか否かが判断される。これは、空
燃比が所定のリッチ空燃比に向けてテーリングにより徐
々に変化している所定のタイミングでパルス噴射を実行
させるためのタイミング判定処理である。具体的にはパ
ルス噴射開始空燃比ＡＦ１は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から
ＮＯｘが多量に放出されるストイキもしくはリッチＡ／
Ｆとすればよい。

【００６９】ステップＳ６５で目標空燃比Ａ／Ｆ（目標
Ａ／Ｆ）がＡＦ１より小さいと判断された場合、即ち、
リーン運転からリッチパージ運転への切り換えテーリン
グ時にＡ／ＦがＡＦ１を通過した時に、ステップＳ６７
でパルス継続時間がｔ２より短いか否かが判断され、最
初はパルス噴射されていないのでパルス継続時間がｔ２
より短いと判断されてステップＳ６８でパルス噴射が開
始される。パルス噴射は、リッチパージの最初の期間に
おいてＮＯｘが大量に放出されるので、ＮＯｘを還元す
るＨＣを触媒に供給するため、膨張行程での燃料噴射を
実行するものである。そして、パルス噴射継続時間のｔ
２は、吸蔵パラメータ及びＳＶの関数により設定され
る。パルス噴射継続時間がｔ２を越えるとステップＳ６
２に移行する。

【００７０】ステップＳ６３でリッチ継続時間がｔ１を
越えたと判断された場合、ステップＳ６６でリッチパー
ジ完了と判定する。以後、ステップＳ６２ではリッチパ
ージ完了と判定されることになる。リッチパージ完了の
判定は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の下流の図示しないＯ₂
センサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化した時
（Ｖ１以上となった時）をリッチパージ完了と判定して
もよい（原理的には特登２６９２３８０号等参照）。こ
の場合、Ｏ₂センサの代わりにリニアＡ／Ｆセンサを用
いてもよく、また、これらと同等の信号がＮＯｘセンサ
から出力される時はその信号を用いることもできる。ま
た、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の上流にもＯ ₂センサを設置
し、リッチパージ中常にリッチ出力を示す上流側Ｏ₂セ
ンサに対し、下流側Ｏ₂センサの出力がリーン出力から
リッチ出力に変化し、両Ｏ₂センサの出力が一致した時
点をリッチパージ完了と判定することも可能である。

【００７１】ステップＳ６２でリッチパージ完了である
と判断された場合、ステップＳ６９でストイキ継続時間
がｔ３より短いか否かが判断される。最初はストイキ継
続時間がｔ３より短いと判断され、ステップＳ７０で空
燃比を理論空燃比とするストイキパージが実行される。
ストイキパージは、フィードバックゲインを別設定にし
て、空燃比を理論空燃比よりもわずかにリッチ側に制御
するスライトリッチ化にして実行してもよい。そして、
ストイキパージのｔ３は、前述したｔ１，ｔ２と同様
に、吸蔵パラメータ及びＳＶの関数により設定される。
ストイキ継続時間がｔ３を越えると、ステップＳ７１に
移行してＮＯｘパージ完了となりリターンとなる。

【００７２】ＮＯｘパージにおいて、リッチ継続時間、
ストイキ継続時間及びパルス噴射継続時間は、触媒劣化
度合いによって可変としてもよい。即ち、触媒が劣化す
るほど、リッチ継続時間及びパルス噴射継続時間を短く
すると共にストイキ継続時間を長くするとよい。また、
劣化度合いは走行距離の関数として判定してもよいし、
ＮＯｘセンサの出力から判定してもよい（特登２８８８
１２４号等参照）。

【００７３】図１０に示すように、上述したＮＯｘパー
ジでは、リーン運転からリッチ運転へ空燃比Ａ／Ｆを切
り換える場合、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に主としてＣＯを
供給するために、例えば、Ａ／Ｆ＝１２としてから１〜
５秒間（ｔ１）リッチ運転する。リッチ期間の初期にお
いてＮＯｘが多量に放出されるので、ＮＯｘを還元する
ＨＣを吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に供給するため、Ａ／Ｆが
所定値に達した時点（ＡＦ１を通過した時点）で、例え
ば０．１〜０．５秒間（ｔ２）膨張行程で燃料を噴射す
るパルス噴射を実行する。その後は、ＮＯｘはゆっくり
と放出されるので、ＣＯ，ＨＣを少量供給すればよいた
め、空燃比を理論空燃比とするストイキ運転（スライト
リッチ）に切り換え、直前のリーン時間の約０〜５０％
の時間（ｔ３）運転する。このストイキ運転の期間は、
図示しないＯ₂センサによるフィードバック制御とすれ
ばよい。

【００７４】尚、ＮＯｘパージにおけるリッチ運転、パ
ルス噴射、ストイキ（スライトリッチ）運転について、
各々の時間や運転形態の組み合わせは、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５の放出特性や三元触媒との組み合わせ等により種
々選択変更可能であり、上述した実施形態例に限定され
るものではない。

【００７５】上述した実施形態例では、加速運転時にお
いて、図５中のステップＳ３５にて加速リーンが許可さ
れると、その加速運転が終了するまでリーン運転を継続
することとしているが、その連続した加速運転の一部の
みをリーン運転するようにしてもよい。例えば、加速中
はトランスミッションの変速が行われるが、変速段によ
ってリーン運転とするかどうかという判定を加えてもよ
い。具体的には、加速リーンが許可された場合でも、低
い変速段では加速ストイキ運転とし、高い変速段でのみ
加速リーン運転を許可するように、判定条件を追加して
もよい。即ち、連続したある加速運転中でも、低い変速
段の間は加速ストイキ運転とし、高い変速段に変速され
たら加速リーン運転を実施する。また、車速あるいはエ
ンジン回転速度により、加速リーンが許可された場合で
も、実際に加速リーンを実施するかどうかの判定条件を
追加してもよい。

【００７６】また、加速運転の最初の何割かと残りの何
割かをリーン運転とストイキ運転に分けるようにしても
よい。例えば、ある加速運転中において、最初の５割を
リーン運転とし、残りの５割をストイキ運転としてもよ
い。逆に、最初の５割をストイキ運転とし、残りの５割
をリーン運転としてもよい。この場合は、時間によって
割り振ってもよいし、加速前の出力と要求出力（加速後
に到達すると想定される出力）の間で出力によって割り
振ってもよい。また、この割合は固定値としてもよい
し、図７の加速ストイキ許可ラインマップを元に決定し
てもよい。即ち、例えば、Ｂゾーンの中でもＮＯｘ総排
出量が多くなるほど、ある連続した加速運転中におい
て、リーン運転の割合を減らしストイキ運転の割合を増
やすといったように、各ゾーンをさらに細分化し、それ
によってリーン運転とストイキ運転の割合を決定すれば
よい。また、Ｃゾーンからいきなり全加速域リーン禁止
のＤゾーンへと移行するようにせず、ＣゾーンとＤゾー
ンの間に、新たにゾーンを複数設定し、ＮＯｘ総排出量
が多くなるほど、ある連続した加速運転中において、リ
ーン運転の割合を減らしストイキ運転の割合を増やすよ
うなゾーン設定としてもよい。

【００７７】また、上述のような連続した加速運転中の
一部のみをリーン運転とするかどうかの判定自体を、図
７の加速ストイキ許可ラインマップの中に盛り込んでも
よい。即ち、例えば、Ｂゾーンの中でもＮＯｘ総排出量
が多くなると、ある連続した加速運転中において一部の
みをリーン運転とするといったような、各ゾーンをさら
に細分化し、一部のみをリーン運転とするかどうかの判
定自体を行ってもよい。また、Ｃゾーンからいきなり全
加速域リーン禁止のＤゾーンへと移行するようにせず、
ＣゾーンとＤゾーンの間に、新たにゾーンを設定し、あ
る連続した加速運転中において一部のみをリーン運転と
するようにしてもよい。

【００７８】上述のように、加速運転中の一部のみをリ
ーン運転とすることにより、より最適に燃費の向上とＮ
Ｏｘ総排出量の管理を両立できると共に、ドライバビリ
ティの改善も行うことができる。

【００７９】上述した実施形態例では、加速運転時にお
いて、図５中のステップＳ３２にて出力要求とＰＳ１の
比較のみによって加速リーンを許可するかどうか決定し
ているが、加速度合いによって加速リーンを許可するか
どうかの条件を追加してもよい。例えば、加速度合いを
アクセルの踏み込み速さ（スロットル開度の変化の速
さ）によって判定し、加速度合いが大きい場合は、加速
リーン禁止として加速ストイキとする。加速度合いの代
わりに、車速の変化度合い、エンジン回転速度の変化度
合いを用いてもよい。

【００８０】また、リーン運転での加速中にＮＯｘが排
出されてＮＯｘ総排出量が増え、図７の加速ストイキ許
可ラインマップＰＳ１の値が変更されて（例えばＢから
Ｃに変更）、図８のリーンゾーンマップのラインが変更
となり（例えば前述のようにＢからＣに変更）、これに
よって要求出力が加速リーン禁止領域（加速ストイキ許
可領域）に入った場合は、加速途中であっても、それま
でのリーン運転を中止して残りの加速運転をストイキ運
転に変更するようにしてもよい。

【００８１】上述のように、加速時においても状況に応
じて加速リーン運転を許可することにより、より最適に
燃費の向上とＮＯｘ総排出量の管理を両立できると共
に、ドライバビリティの改善も行うことができる。

【００８２】上述した実施形態例では、ＮＯｘセンサ２
７を用いてＮＯｘ排出量制御を行っているが、ＮＯｘセ
ンサ２７を用いずに機関運転状態等に基づいて総ＮＯｘ
排出量を演算し、ＮＯｘ排出量制御を行うこともでき
る。この場合、ＮＯｘセンサ２７を用いないため、コス
ト面で有利となる。

【００８３】また、ＮＯｘ排出値は触媒の浄化効率によ
って異なるが、特に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が燃料中のＳ
分、即ち、硫黄（サルファ）によって被毒すると浄化効
率は著しく低下する。その一方で、Ｓ被毒により浄化効
率が低下した触媒を高温（例えば、５５０℃以上）で且
つリッチとしてやると触媒に蓄積されたＳ分が放出され
て触媒は再生して浄化効率が復活する（Ｓ再生）。そこ
で、ＮＯｘセンサ２７を用いずに総ＮＯｘ排出量Ａを求
める際、どの程度触媒にＳ分が蓄積されて浄化効率が低
下しているか、即ち、どの程度Ｓ再生しているかを考慮
するようにしても良い。

【００８４】上述した内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯ
ｘの排出状況に応じてリーン運転域を変化させるので、
燃費低減とＮＯｘ排出量低減を最適に両立できる。即
ち、エンジン１１に対する要求出力に応じて加速運転時
であっても加速ストイキが禁止されてリーン運転が実施
可能（リーン空燃比での運転を許可）となり、加速域の
全域もしくは一部でＮＯｘ排出状況に応じてリーン運転
を行うので、リーン運転域を極力増やして燃費を低減し
つつＮＯｘ排出量を確実に所定量以下することができ
る。また、所定期間のトータルのＮＯｘ排出量（ＮＯｘ
値の積算）でリーン空燃比での運転許可を判定するの
で、燃費低減とＮＯｘ排出量低減を確実に両立できる。
また、ＮＯｘセンサ２７を用いているので、より正確に
制御が行え触媒劣化の影響を受けることがない。更に、
ＮＯｘセンサ２７を触媒の最下流に配置しているので、
テールパイプから大気へのＮＯｘ放出量（ＮＯｘ排出規
制値）を直接管理することができる。

【００８５】また、加速運転時にリーン運転が許可され
て燃費が向上すると共に、ＮＯｘ総排出量と走行距離と
の関係が所定の関係より総排出量増加側、即ち、図７に
おいてＡ領域からＢ領域乃至Ｅ領域側になると、図８に
示すように、目標平均有効圧Ｐｅ及びエンジン回転速度
Ｎｅとの関係によるリーンゾーンを制限して加速運転時
のリーン空燃比での運転領域を狭くしている。このた
め、ＮＯｘ総排出量を効率よく抑制できると同時に吸蔵
型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＮＯｘの還元浄化機会を
増やしてＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復させることがで
き、燃費の向上とＮＯｘ総排出量の効率的な管理を両立
させることができる。また、図８に示すように、リーン
ゾーンマップにおいて、全域で全てのリーン運転を禁止
する領域Ｅを設定しているので、所定期間である管理走
行距離Ｌ１までの間のＮＯｘ総排出量を所定範囲内であ
る所定量未満に確実に抑制することができる。

【００８６】上述した実施形態例では、吸蔵型ＮＯｘ触
媒を有する排気浄化触媒装置について説明したが、本発
明は、一般にストイキ運転とされる加速時にストイキと
するかリーンとするかを判定してリーン運転を可能にす
ることが特徴であり、触媒の種類や配置に限定されるも
のではなく、例えば、近接三元触媒が排気マニホールド
一体式の場合でもよく、近接三元触媒がない場合でもよ
い。また、本実施形態例では、排気浄化触媒装置に吸蔵
型ＮＯｘ触媒を用いているが、触媒に吸着したＮＯｘを
直接還元する吸着タイプのＮＯｘ触媒を用いてもよい。
更に、リーン運転が可能なエンジンであれば、エンジン
型式には限定されず、吸気管噴射型のリーンバーンエン
ジンであってもよいし、ディーゼルエンジンでもよい。

【００８７】

【発明の効果】請求項１に係る本発明の内燃機関の排気
浄化装置は、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガ
ス中のＮＯｘを吸蔵すると共に排気空燃比が理論空燃比
またはリッチ空燃比のときに前記吸蔵したＮＯｘを還元
浄化する排気浄化装置と、ＮＯｘ総排出量を算出しＮＯ
ｘ総排出量と車両の走行期間との関係により機関加速運
転時のリーン空燃比での運転を許可する制御手段とを備
えたので、ＮＯｘ総排出量と車両の走行期間との関係に
よりストイキ運転かリーン運転かを判断して加速運転時
であってもリーン空燃比での運転が可能になる。この結
果、燃費の向上とＮＯｘ総排出量の管理とを両立させる
ことができる。

【００８８】請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄
化装置は、制御手段に、ＮＯｘ総排出量と車両の走行期
間との関係が所定の関係より総排出量増加側になると機
関加速運転時におけるリーン空燃比での運転領域を狭く
する機能を備えたので、ＮＯｘ総排出量を効率よく抑制
するとと同時にＮＯｘの還元機会を増やしてＮＯｘ吸蔵
性能を効率よく回復させることが可能になる。

【００８９】請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄
化装置は、制御手段に、車両が所定走行期間に達する前
にＮＯｘ総排出量が所定量を越えることが導出される場
合は加速運転時以外でもリーン空燃比での運転を中止ま
たは抑制する機能を備えたので、所定走行期間内におけ
るＮＯｘ総排出量を確実に規定内に抑制することが可能
になる。

【００９０】従って、本発明の内燃機関の排気浄化装置
は、燃費の悪化を招くことなく、加速運転条件において
も大気中に放出されるＮＯｘ排出量を直接管理すること
により確実に所望のＮＯｘ排出量に抑え、ＮＯｘ排出量
低減とＣＯ₂排出量の低減を両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄
化装置の概略構成図。

【図２】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フ
ローチャート。

【図３】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フ
ローチャート。

【図４】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フ
ローチャート。

【図５】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フ
ローチャート。

【図６】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フ
ローチャート。

【図７】走行距離とＮＯｘ総排出量とに基づくリーンゾ
ーンマップ。

【図８】エンジン回転速度と目標平均有効圧とに基づく
リーンゾーンマップ。

【図９】走行距離に対する要求出力及び空燃比モード及
びＮＯｘ総排出量の関係を表すタイムチャート。

【図１０】ＮＯｘパージのタイムチャート。

【符号の説明】

１１エンジン２１排気管（排気通路）２２、２６三元触媒２３排気浄化触媒装置２５吸蔵型ＮＯｘ触媒２７ＮＯｘセンサ２８ＥＣＵ（電子コントロールユニット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｈ３１０３１０Ｍ３１４３１４ＺＦターム(参考） 3G084 AA04 BA09 BA13 CA04 DA02 DA10 EB08 FA00 FA04 FA05 FA10 FA27 FA28 FA33 FA38 3G091 AA02 AA12 AA17 AA18 AA23 AA24 AA28 AB03 AB06 AB09 BA11 BA14 BA15 BA19 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA08 DB06 DB08 DB09 DB10 EA01 EA07 EA17 EA30 EA31 EA33 EA38 EA39 FA17 FB10 FB11 FB12 GB02Y GB03Y GB05W GB06W HA08 HA18 HA36 HA37 3G301 HA04 HA16 JA25 JA27 KA12 LA03 LB04 MA01 MA11 MA19 NA06 NC02 NE13 NE14 NE15 PA11Z PD01Z PD11Z PE01Z PE03Z PF01Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられて排気空
燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵
すると共に排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比
のときに前記吸蔵したＮＯｘを還元浄化する排気浄化装
置と、ＮＯｘ総排出量を算出し同ＮＯｘ総排出量と車両の走行
期間との関係により機関加速運転時のリーン空燃比での
運転を許可する制御手段とを備えたことを特徴とする内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】請求項１において、前記制御手段には、
ＮＯｘ総排出量と車両の走行期間との関係が所定の関係
より総排出量増加側になると機関加速運転時におけるリ
ーン空燃比での運転領域を狭くする機能が備えられてい
ることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】請求項１もしくは請求項２において、前
記制御手段には、車両が所定走行期間に達する前に前記
ＮＯｘ総排出量が所定量を越えることが導出される場合
は加速運転時以外でもリーン空燃比での運転を中止また
は抑制する機能が備えられていることを特徴とする内燃
機関の排気浄化装置。